逍遥学能 2013-03-27 11:07
必修2 第二 化学反应与能量
第二节 化学能与电能
一．教材分析
原电池原理是中学化学重要基本理论之一，从能量转换角度看，本节程内容是对前一节中“一种形式的能量可以转化为另一种形式的能量……能量也是守恒的；化学能是能量的一种形式，可以转化为其他形式的能量，如热能和电能等”论述的丰富和完善。
从反应物之间电子转移的角度看，原电池概念的形成是氧化还原反应本质的拓展和应用；从思维角度看，“将化学能直接转化为电能”的思想，是对火力发电的原理“化学能→热能→机械能→电能”思维方式的反思和突破。
二．目标
1．知识与技能目标：
（1）知道原电池是一种化学能转化为电能的装置，知道原电池的本质是氧化还原反应。
（2）掌握原电池的组成条，会判断正负极，会判断电流、电子、溶液中离子流动的方向。会书写铜锌原电池的电极反应式。
（3）能用日常生活中的材料制作简易水果电池。
（4）能举例说明化学能与电能的转化关系及其应用。初步认识传统干电池、二次电池及常见的新型电池。
2．过程与方法目标：
（1）通过分析火力发电的原理及利弊，建立“将化学能直接转化为电能”的新思路，通过对氧化还原反应的本质的分析，提出实现新思路的各种推测和猜想等，培养创新思维能力。
（2）通过实验2-4（改进）的层层推进，培养学生在实验中观察现象、分析现象解决问题的能力，从而自己归纳、概括形成“原电池”的概念，并根据已有电学知识生成跟原电池相关的概念（正负极、离子移动方向判断等）。
（3）通过科学探究，让学生根据实验2-4的已有知识设计实验，并初步学会控制实验条的方法。
（4）通过思考与交流，让学生学会联系实验和已有知识，学会用比较归纳的方法认识事物的本质特征。
（5）利用氧化还原反应的知识分析常见化学电，学会用基本理论指导实际应用。
3．情感态度与价值观目标
（1）通过科学探究和实践活动——水果电池的制作，体验科学探索的乐趣。
（2）通过化学电的发展和新型化学电开发利用的介绍，让学生体会化学的实用性和创造性，通过认识化学电可能会引起的环境问题，初步形成较为客观、正确的能观。
三．重点：
初步认识原电池概念、原理、构成及应用。认识化学能转化为电能对现代化的重要意义。
四．教学难点：
通过对原电池实验的探究、引导学生从电子转移角度理解化学能向电能转化的本质。
五．教学主线：（第一时）
六．教学流程：
【引导】经过上节的学习，我们知道了化学反应的能量变化通常表现为热量的变化，同时了解了化学能与热能的相互转化。而电能是现代社会中应用最广泛、使用最方便、污染最小的二次能，化学能在什么条下能转化为电能，又是如何转化，这是我们今天要学习的主要内容。
【过渡】通过图2-7，我们可以了解到我国目前发电总量构成中，火电仍居榜首。结合图2-8燃煤发电过程中能量是如何转化的？
【学生回答】化学能 热能 机械能 电能
【提问】上述能量转化过程有何弊端？
【小结】环境污染，转化步骤多、损失大。
【提问】要将化学能直接转化成电能，必须要选择合适类型的化学反应。电流是电子的定向移动引起的，在前面学过的哪种反应类型有电子的转移？
【学生回答】氧化还原反应。
【过渡】要想使氧化还原反应释放的能量不通过热能直接转变为电能，就要设计一种装置，使氧化反应和还原反应分别在两个不同的区域进行，并使其间的电子转移，在一定条下形成电流。
【学生活动】分组实验（实验2-4改进）
实验操作实验现象教师引导
①将铜片插入稀硫酸中，观察铜片表面有何变化。Cu和稀硫酸能反应吗？
②将锌片与铜片并排插入稀硫酸中，观察铜片、锌片表面有何变化。写出相应离子方程式
③将铜片和锌片用导线连接起，再次观察铜片、锌片表面有何变化。以下问题依次展开：
①铜片表面的气泡可能是什么？
②该气体是如何产生的？
③电子从何而，如何流动？
④该过程有电流产生吗？如何证明？
④在铜片和锌片之间连接电流表（或小灯泡）以下问题依次展开：
①这个过程实现了哪些能量之间的转化？（引出原电池的概念）
②如何判断该原电池的正负极？
③如何用式子表示正负极表面的变化过程？
④在内电路中，溶液离子的流动方向如何？
实验改进：学生分组实验可以改成“小试管+锌粒+铜棒+稀硫酸”原电池，现象更明显，而且能明显观察到铜片表面产生气泡速率的变快。
【过渡】原电池的发明实现了化学能和电能的直接转化，怎么判断一个类似的装置能否组成原电池？（能否有电流产生或使用电器能够运行）
【学生活动】P41“科学探究”，学生自行从给定的用品中选择组成原电池，画出电池装置示意图。根据小组画出的示意图进行实验，讨论哪些装置可以形成原电池。（使学生学会控制实验条的方法，探究原电池的组成条）
实验用品：锌片、铜片、铁片、石墨电极各两套，导线、金属夹、灵敏电流表、果汁、酒精、250mL烧杯。
【讲解】根据学生实验结果Cu-Zn、Cu-Fe、Cu-C、Cu-Cu、Zn-Fe、Zn-C、Zn-Zn、Fe-C、Fe-Fe、C-C等可能组合进行分析，得出可形成原电池的装置。
【思考与交流】通过以上实验，原电池应由哪几部分构成，各起什么作用？构成一个原电池需要哪些条？
【小结】原电池应由有两种活动性不同的金属（或一种是非金属导体）作电极；电解质溶液作反应介质，提供离子移动；导线，使两极相连形成闭合电路。
【外作业】
1．制作水果电池，并画出水果电池的构造示意图，下节作交流展示。
2．从本、商场、网上等了解化学电的发展，了解干电池、充电电池、燃料电池的组成、工作原理，使用中应注意的问题。下载相关图片、录像、制作简单的演示稿。以备下节交流。
第二时：
教学流程：
【引导】将上节介绍的原电池真正应用到生活中是很不方便的，但是真正要改造成化学电给予应用也经历了漫长的时间。今天我们一起了解一下几种有代表性的化学电。
【展示】一粒锌锰电池
【投影】图2-11（省去电子转移方向）
【提问】①图片中几种物质的作用；②电子移动方向；③负极电极方程式
【学生回答】
【思考与交流】P42“思考与交流”，分析锌锰电池为何失效，如何改进？
【过渡】锌锰电池、碱性锌锰电池的最大弊端是什么？（一次电池，电池垃圾，引出二次电池）
【投影】图2-12（略去正负极的标注）
【提问】①图片中几种物质的作用；②电子移动方向
【学生回答】
【过渡】现代社会对耗电量高的便携式电器需求量越越大，因此对封闭式体积小的充电电池更加青睐。
【投影】展示一系列新型充电电池，包括镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池
【讲解】每种电池优势
【过渡】燃料燃烧的本质也是氧化还原反应，但是直接燃烧转化成的热能再转化成电能时转化率不高，燃料电池的面世正是解决了这个问题。
【投影】图2-15（略去电子移动方向、正负极标注和H+移动方向）
【提问】①判断正负极；②电子移动方向；③负极电极方程式；④H+移动方向；⑤该电池总反应；⑥与干电池或蓄电池的不同之处
【小结】化学电的发展历程和发展趋势。
第二时：发展中的化学电
【教师】请同学们展示你们制作的水果电池，并分组讨论，推出最优秀的作品。
【学生】交流与展示自己作品，并讲解制作过程。
【教师】原电池转化成技术产品就是化学电，最早使用的化学电池是干电池。下面请我们的同学展示有关三种化学电工作原理的演示稿。并讲解。
【学生】交流与展示。（①干电池：锌锰电池的组成、工作原理，使用过程中应注意的问题。②充电电池：铅蓄电池、镍镉电池、锂电池的组成、工作原理，使用过程中应注意的问题。③燃料电池：氢氧燃料电池的组成、工作原理，使用过程中应注意的问题。）
【教师】组织学生讨论：
1．为什么要回收废电池？废电池如何处理？
2．为什么说燃料电池是绿色能？